KR101807950B1

KR101807950B1 - 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법

Info

Publication number: KR101807950B1
Application number: KR1020160053609A
Authority: KR
Inventors: 최현기
Original assignee: 경남대학교 산학협력단
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-12-13
Also published as: KR20170123554A

Abstract

본 발명은 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 폐지의 혼입량을 파악하기 위해 3가지 종류의 폐지를 활용하되, 상기 폐지의 비중이 0.71의 폐신문지와 0.88의 광고전단지 및 0.75의 복사용지를 건조된 상태에서 세절기로 분쇄하는 제1 단계(S100)와; 상기 분쇄된 각각의 폐지와 배합되며, KS L 5201 규격의 포틀랜드 시멘트와 잔골재인 국내산 강모래로 구성되는 콘크리트 벽돌 재료를 준비하는 제2 단계(S200); 상기 분쇄된 각각의 폐지와 상기 콘크리트 벽돌 재료를 배합 믹서로 30초 동안 건비빔을 우선 수행한 후, 설정된 배합비율에 따라 물을 첨가하여 60초 동안 비빔을 수행하여 B형 콘크리트 벽돌(190× 90× 57mm)을 제작하는 제3 단계(S300)를 포함하며, 또한, 상기 설정된 배합비율에 따른 물과 시멘트비(W/C,%)를 60%, 70%, 80%로 설정하고, 상기 배합재료에 혼입되는 폐지를 시멘트 중량에 대하여 10%, 15%, 20%로 치환하는 제4 단계(S400) 및; 상기 제3 단계의 제조된 모르타르는 탈형하기 전까지 상대습도를 60%로 유지하고 있는 장소에서 28일 동안 양생시키는 제5 단계(S500)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법을 제공함으로써, 폐지가 시멘트를 대체 가능토록 하여, 향후 폐지를 활용한 친환경 콘크리트계의 2차 제품(콘크리트 벽돌 등) 제작 및 그 적용에 대한 기초 자료로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법{Method for the Production of Concrete Brick using the Wastepaper}

본 발명은 폐지를 이용한 콘크리트 2차 제품의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 폐지의 목질섬유와 시멘트가 결합할 수 있는 최적의 배합비(혹은 중량비) 산출을 통해 콘크리트 2차 제품(벽돌) 제조 시 시멘트 사용량을 줄여 건물 자중 감소를 통한 주요 구조부재의 하중 경감 효과를 갖도록 한 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 관한 것이다.

현대 건축재료 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 콘크리트는 주요 재료인 시멘트의 생산과정에서 많은 이산화탄소, 분진 발생 등의 환경문제를 발생하고 있다. 이러한 이유로 시멘트 사용량을 저감할 수 있는 친환경 콘크리트 개발이 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있다. 국내ㆍ외적으로 여러 연구자들에 의하여, 폐타이어, 폐플라스틱, 폐유, 폐유리, 폐지 등 많은 재활용 재료 등을 활용한 친환경 콘크리트의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

특히, 폐지는 현재 가장 많이 발생하는 폐기물로써, 국내의 경우 연간 제지원료 1,216만 톤 중에서 폐지 사용량이 약 865만 톤으로 약 71.1%가 재활용되고 있으며, 건설재료로써 폐지를 재활용함으로써 폐지 재활용율의 증진을 기대할 수 있다. 폐지는 목질섬유와 유사한 특성을 가지고 있으나, 다수의 불순물을 함유하고 있으며, 낮은 섬유강도를 가지는 것으로 나타나있다. 이로 인해, 시멘트 복합체 내에 폐지를 다량으로 혼입할 경우, 시멘트와의 결합성능 저하로 역학적 성능이 감소하는 것으로 나타나있다. 그러나, 적정량의 폐지를 활용한 콘크리트가 일정수준의 역학적 성질을 발휘한다면, 콘크리트의 경량화 및 친환경 건설재료의 개발이 가능할 것으로 예상된다.

콘크리트의 경량화 및 친환경 건설재료의 연구 개발 중에서도 건물의 자중 감소를 통한 주요 구조부재의 하중 경감 효과에 탁월할 뿐만 아니라, 목재 섬유의 함유로 시멘트와 결합력이 뛰어난 폐지를 활용한 페이퍼크리트(Papercrete) 건축시공에 대한 관심이 높아지면서 이를 이용한 다양한 건축자재들도 개발되고 있다.

페이퍼크리트(Papercrete) 건축시공이란 폐휴지를 물에 적셔 펄프처럼 만든 다음 시멘트나 석회, 흙을 모래와 섞어서 반죽한 몰탈을 벽돌로 만들어 쌓아올리는 방식을 말한다. 이러한 페이퍼크리트는 코브(짚흙)와 벽돌집의 성질을 모두 가지고 있어 건축외관을 자유로운 모양이나 형상으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 콘크리트 방식의 건축물에 비해 건물의 자중 감소를 통한 주요 구조부재의 하중 경감 효과를 갖는다.

한편, 본 출원인이 공동으로 발명한 대한민국 등록특허 제10-1029252호(2011.04.07)에 따르면, 페이퍼크리트를 이용한 경량형 이축 중공슬라브 및 그 시공방법에 대하여 제안한 바 있다(식별번호 0024 내지 0037 참조).

상기 제안된 특허기술은 페이페크리트의 경량성에 초점을 두고 페이퍼크리트를 이용한 경량형 이축 중공슬라브를 개발한 특허로서, 페이퍼크리트의 활용도에 관해 단지 언급된 것일 뿐, 그 적용성은 본 발명과 현저한 차이가 있다.

따라서, 본 발명에서는 전술한 문제점을 해소하고자 폐지를 혼입한 친환경적 콘크리트 제품의 개발에 따른 폐지를 시멘트 대체제로 사용하여 폐지의 재활용 가능성을 분석하고 콘크리트 2차 제품 개발을 위한 배합비 도출 및 콘크리트의 물리적, 역학적 특성에 관한 기초적 실험연구를 수행하였다. 그리고 콘크리트 2차 제품(예컨데, 벽돌)을 제작하고 그 제품들을 비교 분석하여 건설재료분야에 폐지를 더욱 경제적으로 합리적으로 재활용할 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 상세하게는, 폐지와 시멘트의 결합을 통해 구성되는 기계적 성질이 폐지의 첨가 비율에 따라 큰 폭으로 변화된다는 점에 착안하여, 폐지를 이용한 모르타르의 배합비율과 시험결과를 기반으로 하여, 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 배합비율에 따른 최적의 폐지 배합비율 데이트 값을 산출함으로써, 폐지가 시멘트를 대체 가능토록 하여, 향후 폐지를 활용한 친환경 콘크리트계의 2차 제품(콘크리트 벽돌 등) 제작 및 그 적용에 대한 기초 자료로 활용할 수 있도록 한 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법을 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 폐지의 혼입량을 파악하기 위해 3가지 종류의 폐지를 활용하되, 상기 폐지의 비중이 0.71의 폐신문지(Newspaper)와 0.88의 광고전단지(Advertisement flyer) 및 0.75의 복사용지(Copying paper)를 건조된 상태에서 세절기로 분쇄하는 제1 단계(S100)와; 상기 분쇄된 각각의 폐지와 배합되며, KS L 5201 규격의 포틀랜드 시멘트(Portland cement)와 잔골재인 국내산 강모래(River sand)로 구성되는 콘크리트 벽돌 재료를 준비하는 제2 단계(S200)와; 상기 분쇄된 각각의 폐지와 상기 콘크리트 벽돌 재료를 배합 믹서(Mixer)로 30초 동안 건비빔을 우선 수행한 후, 설정된 배합비율에 따라 물을 첨가하여 60초 동안 비빔을 수행하여 B형 콘크리트 벽돌(190× 90× 57mm)을 제작하는 제3 단계(S300)를 포함하며, 또한, 상기 설정된 배합비율에 따른 물과 시멘트비(W/C,%)를 60%, 70%, 80%로 설정하고, 상기 배합재료에 혼입되는 폐지를 시멘트 중량에 대하여 10%, 15%, 20%로 치환하는 제4 단계(S400) 및; 상기 제3 단계의 제조된 모르타르는 탈형하기 전까지 상대습도를 60%로 유지하고 있는 장소에서 28일 동안 양생시키는 제5 단계(S500)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 3가지 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 혼합비율은,

상기 표의 데이터 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 압축강도와 흡수율 및 비중은,

상기 표의 데이터 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 폐지를 혼합한 콘크리트 벽돌의 압축강도는, 물과 시멘트비(W/C,%)가 60%이고 폐지 치환율(P/C,%)이 10%일 때, 상기 압축강도의 범위는 12 ~ 22 MPa인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 최적 배합비율은, 물과 시멘트비(W/C,%)가 70% 이고, 폐지치환율(P/C,%)은 5 ~ 15%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 흡수율은, 8 ~ 10% 범위이고, 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 콘크리트 벽돌 안에 수화 반응에 참여하지 않는 폐지가 높은 흡수력이 발휘되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 폐지를 이용한 모르타르의 배합비율과 시험결과를 기반으로 하여, 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 배합비율에 따른 최적의 폐지 배합비율 데이트 값을 산출함으로써,

(1) 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌 제작에 따른 폐지의 합리적인(혹은 최적의) 배합비율의 데이트 값으로부터, 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 물리적, 역학적 특성과 배합비율의 영향력 및 상관관계를 파악할 수 있다.

(2) 제안된 시험결과의 배합비율 데이트 값을 바탕으로, 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌의 제작 및 실험을 수행하여 충분한 적용성을 확인함으로써, 향후 폐지를 활용한 친환경 콘크리트계의 2차 제품(콘크리트 벽돌 등의 건축자재) 제작 및 그 적용에 대한 기초 자료로 활용할 수 있다.

(3)제안된 시험결과에 대한 배합비율의 데이트 값을 바탕으로, 폐지가 시멘트를 대체 가능토록 하여 콘크리트계의 2차 제품(콘크리트 벽돌 등) 제작 시 시멘트 사용량을 크게 줄여 건물의 자중 감소를 통한 주요 구조부재의 하중을 경감시킬 수 있는 독특한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 플로워 챠트
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 폐지 유형에 따른 압축강도를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 물과 시멘트비(W/C,%)가 60%인 압축강도를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 물과 시멘트비(W/C,%)가 75%인 압축강도를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 물과 시멘트비(W/C,%)가 60%인 휨강도를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 물과 시멘트비(W/C,%)가 75%인 휨강도를 나타낸 그래프
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 모르타르 제조 방법에 대한 양생기간에 따른 압축강도의 증가 경향과 단위중량의 감소 경향을 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 전체 기술적 구성의 플로워 챠트
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 물과 시멘트비에 따른 압축강도를 나타낸 그래프
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 물과 시멘트비에 따른 흡수율을 나타낸 그래프

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 을 상세하게 설명한다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시하더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법은, 폐지(Wastepaper)가 시멘트를 대체할 수 있는 가능성에 대한 분석을 실시하였으며, 최적 배합비율 개발 및 물리적, 역학적 특성을 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 그 첫 번째로는 최적 배합비율을 도출하기 위한 모르타르(Mortar) 실험을 실시하였으며, 다음으로는 콘크리트 2차 제품에 대한 적용성 평가를 수행하였다. 이러한 본 발명의 실시 예는 폐지를 이용한 친환경 콘크리트의 배합 및 특성에 대한 기초적인 자료를 제시할 수 있다.

[폐지를 혼입한 모르타르 실험]

본 발명의 실시 예에 따른 폐지의 배합 및 실험 방법은, 폐지의 적절한 혼입량을 파악하기 위하여, 3가지 종류의 분쇄된 폐지, 즉 폐신문지(Newspaper)와 광고전단지(Advertisement flyer) 및 복사용지(Copying paper)를 배합 재료로 활용하였다. 사용된 폐지는 모두 건조된 상태에서 세절기를 이용하여 분쇄하였다.

표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사용된 폐지의 사용전(Before shredder)과 사용후(After shredder)의 유형 및 특성을 나타내었다.

또한, 상기 3가지 종류 각각의 폐지와 배합에 사용되는 모르타르 재료, 즉 시멘트는 KS L 5201에 따라 국내에서 생산되는 보통 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 사용하였으며, 잔골재는 국내에서 생산되는 강모래(River sand)를 사용하였다. 시멘트 및 잔골재의 상세한 특성은 표 2 및 표 3에 각각 나타내었다.

여기서, 상기 OPC(Ordinary Portland Cement)는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융하여 소결된 클링커에 석고를 첨가해 분말로 한 것이다. 오늘날 쓰이고 있는 보통의 시멘트 형태이며, 전 세계적으로 콘크리트, 모르타르, 스투코와 그라우트 등의 기본 재료로 널리 쓰인다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배합방법은, 상기 분쇄된 상기 각각의 폐지와 시멘트 및 모래를 배합 믹서(Mixer)로 30초 동안 건비빔을 우선적으로 수행하고, 배합비율에 따라 물을 첨가하여 60초 동안 비빔을 수행하였다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 최적의 배합비를 도출하기 위하여 물과 시멘트의 배합비를 변수로 설정하여 실험을 수행하였으며, 폐지 치환율(P/C,%)에 따라 압축강도Compressive strength) 및 휨강도(Flexural strength)의 영향력을 평가하였다.

먼저, 폐지를 혼입한 모르타르의 물리적 및 역학적 특성을 평가하기 위하여, 물과 시멘트비(W/C,%)를 45%, 60%, 75%로 설정하였으며, 합리적인 치환비율(혹은 최적의 치환비율)을 도출하기 위하여 폐지 치환율(P/C,%)은 0%, 5%, 10%, 15%로 설정하였다.

다음은, 폐지의 종류에 따른 영향력을 평가하기 위하여 상기 3가지 종류의 폐지에 대하여 동일한 변수로 모르타르를 제작하였다. 3가지 종류의 폐지를 혼입한 모르타르의 배합비율은 표 4에 자세히 나타내었다.

그리고, 제조된 시험체(혹은 폐지를 이용한 모르타르)는 탈형하기 전까지 상대습도 60%를 유지하고 있는 실험실에서 양생하였으며, 탈형을 타설 후 7일차에 실시하여 압축강도 및 휨강도 실험을 실시하였다. 압축강도 및 휨강도 실험은 KS L IS0679에 따라 수행하였다.

[시멘트 & 모르타르 실험결과]

배합결과에서, 물과 시멘트비(W/C,%)가 45%인 경우, 폐지와 시멘트가 배합된 폐지 치환율(P/C,%)이 10% 이상에서는 모두 배합되지 않는 것으로 나타났다. 이는 폐지의 높은 흡수율로 인하여 배합에 필요한 물이 부족하였기 때문으로 판단된다. 배합시험을 통하여 폐지를 혼입한 모르타르의 합리적인 배합비율은 물과 시멘트비(W/C,%)가 60% 이상이어야 하며, 폐지 치환율(P/C,%)은 5 ~ 15%가 적정한 것으로 나타났다.

또한, 상기 3가지 폐지의 종류에 따른 영향력을 평가하기 위하여, 물과 시멘트비 및 폐지치환율에 대하여 동일한 비율을 갖는 시험체를 비교하였다.

도 1에서 보는 바와 같이, 상기 폐신문지를 혼입한 시험체가 가장 높은 압축강도를 나타났다. 이러한 이유는 폐신문지가 다른 폐지에 비하여 얇으며, 높은 흡수율을 가짐에 따라 시멘트의 결합력이 향상되었기 때문이다.

도 2 및 도 3, 그리고 표 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 모르타르의 압축강도를 살펴보면, 물과 시멘트비(W/C,%)가 증가할수록 모르타르의 압축강도는 감소하는 경향을 보였다. 이때, 초기 압축강도는 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 낮은 값을 보임을 확인할 수 있었다.

또한, 모든 물과 시멘트비(W/C,%))에서 일반 모르타르(Plain mortar)는 폐지를 혼입한 모르타르에 비하여 높은 압축강도를 보였으며, 폐지 치환율(P/C,%)이 5%에서 15%까지 증가함에 따라 28일째 압축강도는 7%에서 40%까지 감소하는 경향을 보였다.

양생 28일째 압축강도(Compressive strength,MPa)에 대한 상세한 데이터 값을 상기 표 5에 나타내었다.

상기 표 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 모르타르 휨강도 실험결과를 살펴보면, 전술한 압축강도와 마찬가지로 폐지를 혼입하지 않는 모르타르에서 가장 높은 강도를 나타내었다.

도 4와 도 5는, 물과 시멘트비(W/C,%)가 60% 및 75%에 대한 폐지 치환율(P/C,%)에 따른 양생 28일차 휨강도(Flexural strength)의 경향을 보여주고 있다.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 폐지 치환율(P/C,%)이 5%에서 15%까지 증가할 때, 폐신문지(Newspaper)를 혼입한 모르타르의 휨강도는 5%에서 30%까지 감소하는 경향을 보였다.

한편, 표 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 폐지(폐신문지, 전단지, 복사지)를 혼입한 모르타르의 휨강도 시험결과에 대한 각종 데이터 값을 나타내고 있다.

또한, 도 6은, 본 발명의 실시 예에 따른 양생기간에 따른 압축강도의 증가 경향과 단위중량의 감소 경향을 보여주고 있다.

도 6을 참조하여, 폐지를 이용한 모르타르의 양생 28일차의 단위중량을 살펴보면, 폐지 치환율(P/C,%)이 가장 높은 15%에서 약 17%의 단위중량이 감소하였음을 확인할 수 있었으며, 이는 폐지를 혼입한 모르타르는 경량 건설 재료로 활용이 가능함을 도출할 수 있었다.

전술한 모르타르(Mortar) 실험에 살펴본 바와 같이, 폐지를 혼입하지 않는 모르타르가 폐지를 혼입한 모르타르 보다 높은 압축강도가 나타남을 확인할 수 있었다. 또한, 폐지를 혼입한 모르타르의 경우 양생 기간이 증가함에 따라 압축강도 역시 증가하는 경향을 보였으며 단위중량은 감소하는 경향을 보였다. 특히, 양생 28일차의 결과를 살펴보면, 압축강도 측면에서는 폐지치환율(P/C,%)이 5%의 모르타르가 가장 높은 압축강도를 보였으며, 단위중량 측면에서는 폐지치환율(P/C,%)이 15%의 모르타르가 가장 큰 감소를 보여주었다.

따라서, 본 발명의 실시 예를 통해 폐지를 혼입한 모르타르의 합리적인 배합비율의 데이터 값으로부터 콘크리트계의 2차 제품(폐지가 혼입된 경량 콘크리트 벽돌 등을 제작할 수 있는 기초 자료로 활용 가능하다.

이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른“폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법”에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법은, 폐지와 시멘트의 결합을 통해 구성되는 기계적 성질이 폐지의 첨가 비율에 따라 큰 폭으로 변화된다는 점에 착안하여, 전술한 ‘폐지를 이용한 모르타르 제조 방법’에서 언급된 배합비율 및 시험결과에 따른 데이트 값을 기반으로 하여, 폐지를 혼입한 경량 콘크리트 벽돌 제작 시 배합비율에 따른 최적의 폐지 배합비율의 데이트 값을 산출함으로써, 향후 폐지가 시멘트를 대체 가능토록 하여, 폐지를 활용한 친환경 콘크리트계의 2차 제품(콘크리트 벽돌 등의 건축자재) 제작 및 그 적용에 대한 기초 자료로 활용할 수 있도록 하고, 나아가서는 시멘트 사용량을 크게 줄여 건물의 자중 감소를 통한 주요 구조부재의 하중을 경감시킬 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.

먼저, 상기 방법은, 폐지의 혼입량을 파악하기 위해 3가지 종류의 폐지를 활용하되, 상기 폐지의 비중이 0.71의 폐신문지(Newspaper)와 0.88의 광고전단지(Advertisement flyer) 및 0.75의 복사용지(Copying paper)를 건조된 상태에서 세절기로 분쇄하는 제1 단계(S100)를 갖는다.

다음은, 상기 분쇄된 각각의 폐지와 배합되며, KS L 5201 규격의 포틀랜드 시멘트(Portland cement)와 잔골재인 국내산 강모래(River sand)로 구성되는 콘크리트 벽돌 재료를 준비하는 제2 단계(S200)를 갖는다.

또한, 상기 분쇄된 각각의 폐지와 상기 콘크리트 벽돌 재료를 배합 믹서(Mixer)로 30초 동안 건비빔을 우선 수행한 후, 설정된 배합비율에 따라 물을 첨가하여 60초 동안 비빔을 수행하여 B형 콘크리트 벽돌(190× 90× 57mm)을 제작하는 제3 단계(S300)를 포함한다.

그리고, 상기 설정된 배합비율에 따른 물과 시멘트비(W/C,%)를 60%, 70%, 80%로 설정하고, 상기 배합재료에 혼입되는 폐지를 시멘트 중량에 대하여 10%, 15%, 20%로 치환하는 제4 단계(S400) 및; 상기 제3 단계의 제조된 모르타르는 탈형하기 전까지 상대습도를 60%로 유지하고 있는 장소에서 28일 동안 양생시키는 제5 단계(S500)가 더 포함된다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 3가지 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 혼합비율, 하기에 기술되는 “표 6의 콘크리트 벽돌의 폐지 혼합비율(Mix proportion of concrete brick)”에 대한 데이트 값을 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 압축강도와 흡수율 및 비중은, 하기에 기술되는 “표 7. 콘크리트 벽돌의 시험결과(Test result of concrete brick)”에 대한 데이트 값을 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 폐지를 혼합한 콘크리트 벽돌의 압축강도는, 물과 시멘트비(W/C,%)가 60%이고 폐지 치환율(P/C,%)이 10%일 때, 상기 압축강도의 범위는 12 ~ 22 MPa인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 최적 배합비율은, 물과 시멘트비(W/C,%)가 70% 이고, 폐지치환율(P/C,%)은 5 ~ 15%인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 흡수율은, 8 ~ 10% 범위이고, 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 콘크리트 벽돌 안에 수화 반응에 참여하지 않는 폐지가 높은 흡수력이 발휘되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 특징들은 하기에서 상세하게 설명되는 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌 배합 및 실험결과에 의해 그 작용효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 배합 및 실험결과에 대해 상세하게 설명한다.

[폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌 실험]

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 배합 및 실험방법은 다음과 같다.

먼저, 폐지를 혼입한 시멘트 모르타르 실험에서 도출된 배합비 및 실험결과를 이용하여 콘크리트 제품의 적용성을 평가하기 위하여 콘크리트 벽돌 실험을 수행하였다.

다음은, 전술한 시멘트 모르타르 실험에서 배합이 가능한 배합비를 이용하여 KS F 4004에서 제시하고 있는 크기로 벽돌을 제작하였으며, 압축강도, 흡수율 및 단위중량에 대한 실험을 수행하였다.

또한, 모르타르 실험에서의 강도 및 콘크리트 벽돌의 실험값에 적용되는 상관관계에 중점을 두었다.

그리고 콘크리트 제품에서 중요한 흡수율을 검토하였으며, 단위중량 실험은 경량 건설 재료의 적용 가능성을 평가하기 위하여 수행하였다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 벽돌 제작은 한국에서 가장 많이 사용하는 B형 콘크리트 벽돌(190× 90× 57mm)을 기준으로 배합계획을 수행하였다. 이때 물과 시멘트비(W/C,%)를 60%, 70%, 80%로 설정하여 각각의 압축강도, 흡수율 및 단위중량을 측정하였다.

또한, 폐지를 시멘트 중량에 대하여 10%, 15%, 20%로 치환하여 콘크리트 벽돌 실험을 수행하였다. 배합에 사용되는 폐지의 혼합비율은 표 6과 같다.

[콘크리트 벽돌 실험결과]

표 7은 콘크리트 벽돌의 실험결과를 나타낸 것으로, 전술한 모르타르의 시험결과와 마찬가지로 폐지를 혼입하지 않는 콘크리트 벽돌에서 가장 높은 압축강도를 발현하였다. 또한, 폐지를 혼합한 콘크리트 벽돌에서는 물과 시멘트비(W/C,%)가 60%이고, 폐지 치환율(P/C,%)이 10%인 콘크리트 벽돌에서 21.6 MPa로 가장 높은 강도를 나타내었다. 따라서, 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 압축강도는 약 12 MPa에서 22 MPa까지의 범위를 갖는 것으로 확인할 수 있었다.

한편, 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 실험에서 나타난 압축강도는 KS F 4004에서 제시하고 있는 콘크리트 벽돌 압축강도 제한값인 8 MPa 이상으로 나타났다. 보통 국내에서 가장 많이 활용되는 콘크리트 벽돌의 압축강도는 약 15 MPa에서 20 MPa까지의 범위로 알려져 있다.

이에 따라, 도 9와 같이 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 최적 배합비율은 물과 시멘트비(W/C,%)가 70%이며, 폐지 치환율(P/C,%)은 15%임을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 콘크리트 벽돌의 흡수율 실험은, 표 7에서 보는 바와 같이, 폐지 치환율(P/C,%)이 10%, 15%, 20%를 대상으로 수행하였다.

본 발명의 실시 예에서는, 폐지 치환율(P/C,%)이 10%인 경우에는 콘크리트 벽돌의 흡수율에 대한 범위는 약 8%에서 10%대로 보였으며, 이는 일반 콘크리트 벽돌과 비슷한 수준으로 나타났다.

여기서, 상기 일반적인 콘크리트 벽돌의 흡수율(Absorption,%)은, 5 ~ 10%이며, 기공율이 극히 적은(흡수율 4% 이하) 벽돌은 조적 시 시공 연도가 불량할 뿐만 아니라 쌓을 때 부착 강도가 떨어질 우려가 있다. 또한, 불투과성으로 인한 벽체 내부에 수분이 고여 실내에 습기가 차며, 흡수율이 너무 높으면 동파되거나 내부로 비가 스며들 수도 있다.

또한, 도 10에서 보는 바와 같이, 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 콘크리트 벽돌의 흡수율은 급격하게 증가함을 확인할 수 있다. 이는 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 콘크리트 벽돌 안에 수화 반응에 참여하지 않는 폐지가 많이 존재하고 있으며, 이러한 폐지들은 높은 흡수력을 발휘하기 때문이다.

그리고, 도 10에서 제시한 값과 같이, KS F 4004 에서는 콘크리트 벽돌의 흡수율을 10% 이하로 제한하고 있다. 이러한 이유로, 콘크리트 벽돌에 대한 적용성을 확보하기 위해서는 폐지치환율(P/C,%)은 10%가 가장 합리적인(혹은 최적의) 치환율임을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지(폐신문지, 전단지, 복사진)가 혼입된 콘크리트 벽돌의 흡수율(Absorption,%)에 대한 결과 데이터 값은 상기 표 7과 같다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따르면, 표 7과 도 11에서 나타난 바와 같이, 폐지 치환율(P/C,%)은 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 단위중량과 상관관계를 가지고 있음을 확인할 수 있다.

즉, 폐지 치환율(P/C,%)이 10%인 경우, 콘크리트 벽돌의 단위중량은 1.72로 나타났다. 이를 통하여 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌이 경량 벽돌에 포함됨을 확인할 수 있다.

또한, 폐지 치환율(P/C,%)이 10%에서 20%로 증가될 때, 단위중량은 8%에서 17%까지 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 이는 시멘트의 밀도보다 폐지의 밀도가 낮기 때문에 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 콘크리트 벽돌의 단위중량(Weight of unit volume,Kg/m³)이 감소되는 것으로 해석된다.

본 발명의 실시 예에 따른 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 압축강도(Compressive strength,MPa)와 흡수율(Absorption,%) 및 단위중량(Weight of unit volume,Kg/m³) 실험 결과에 따라 모든 시험체(혹은 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌)는 KS F 4004에서 제시하고 있는 압축강도를 만족하고 있으며, 단위중량 측면에서도 일반 콘크리트 벽돌에 비하여 평균 11% 정도의 단위중량 감소 경향을 보였다.

그러나, 흡수율 측면에서는 KS F 4004에서 제시하고 있는 범위를 만족하기 위해서는 폐지 치환율(P/C,%)이 10% 이하가 될 경우 표준규격을 충족할 수 있다는 것을 확인하였다.

[결론]

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 대한 콘크리트 벽돌 실험에서는 폐지를 혼입한 모든 콘크리트 벽돌의 압축강도는 한국기준에서 제시하고 있는 압축강도 하한값 이상으로 나타났으며, 단위중량 측면에서도 일반 콘크리트 벽돌에 비하여 약 11% 정도 감소하는 경향을 보였다. 그러나 흡수율 측면에서는 한국기준에서 제시하고 있는 흡수율 상한값 이하의 흡수율을 확보하기 위해서는 폐지치환율(P/C,%)을 10% 이하로 조정할 필요가 있음을 확인할 수 있었다.

이러한 배합비율 및 실험결과를 바탕으로, 한국기준에서 제시하고 있는 압축강도 및 흡수율을 만족할 수 있는 콘크리트 벽돌에 대한 최적의 배합비율을 도출할 수 있었다. 또한, 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌이 한국기준을 만족하는 경량 폐지를 이용한 콘크리트계의 2차 제품인 벽돌을 제작하는 것에 본 발명의 실시 예에 따른 배합비율 및 실험결과의 데이터 값을 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

따라서, 각종 데이터 값 및 실험결과에 따른 그래프들은, 본 발명의 실시 예에 따른 모르타르 배합 실험을 통하여, 폐지의 배합이 가능한 합리적인(혹은 최적의) 배합 재료의 비율을 도출한 것으로, 배합에 사용되는 각종 폐지 중에서도 폐신문지(Newspaper)가 가장 적합하다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 확인 가능한 것은, 폐지 치환율(P/C,%)이 가장 낮은 5%에서 가장 높은 압축강도를 보였다는 점이다. 이는 폐지 치환율(P/C,%)이 낮을수록 물과 시멘트의 수화반응이 활발히 일어난다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명의 실시 예를 통해 획득된 각종 데이터 값과 실험 그래프들은, 향후 폐지를 활용한 친환경 콘크리트 제작 및 적용에 대한 기초 자료로 활용할 수 있다. 또한, 폐지가 시멘트를 대체 가능토록 하여 콘크리트계의 벽돌 등과 같은 2차 제품의 제작 시에 시멘트의 사용량을 크게 줄여 건물의 자중 감소를 통한 주요 구조부재의 하중을 경감시킬 수 있다. 그리고, 폐휴지를 물에 적셔 펄프처럼 만든 다음 시멘트나 석회, 흙을 모래와 섞어서 반죽한 몰탈을 벽돌로 만들어 쌓아올리는 방식의 페이퍼크리트(Papercrete) 건축시공에 적용 가능하다. 특히, 페이퍼크리트는 코브(짚흙)와 벽돌집의 성질을 모두 가지고 있어 건축외관을 자유로운 모양이나 형상으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 콘크리트 방식의 건축물에 비해 건물의 자중 감소를 줄여주는 독특한 특징을 지닌다고 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법에 있어서,
상기 방법은 폐지의 혼입량을 파악하기 위해 3가지 종류의 폐지를 활용하되, 상기 폐지의 비중이 0.71의 폐신문지(Newspaper)와 0.88의 광고전단지(Advertisement flyer) 및 0.75의 복사용지(Copying paper)를 건조된 상태에서 세절기로 분쇄하는 제1 단계(S100)와;
상기 분쇄된 각각의 폐지와 배합되며, KS L 5201 규격의 포틀랜드 시멘트(Portland cement)와 잔골재인 국내산 강모래(River sand)로 구성되는 콘크리트 벽돌 재료를 준비하는 제2 단계(S200)와;
상기 분쇄된 각각의 폐지와 상기 콘크리트 벽돌 재료를 배합 믹서(Mixer)로 30초 동안 건비빔을 우선 수행한 후, 설정된 배합비율에 따라 물을 첨가하여 60초 동안 비빔을 수행하여 B형 콘크리트 벽돌(190× 90× 57mm)을 제작하는 제3 단계(S300)를 포함하며,
또한, 상기 설정된 배합비율에 따른 물과 시멘트비(W/C,%)를 60%, 70%, 80%로 설정하고, 상기 배합재료에 혼입되는 폐지를 시멘트 중량에 대하여 10%, 15%, 20%로 치환하는 제4 단계(S400) 및;
상기 제3 단계의 제조된 모르타르는 탈형하기 전까지 상대습도를 60%로 유지하고 있는 장소에서 28일 동안 양생시키는 제5 단계(S500)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 3가지 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 혼합비율은,

상기 표의 데이터 값을 갖는 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 압축강도와 흡수율 및 비중은,

상기 표의 데이터 값을 갖는 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 폐지를 혼합한 콘크리트 벽돌의 압축강도는, 물과 시멘트비(W/C,%)가 60%이고 폐지 치환율(P/C,%)이 10%일 때, 상기 압축강도의 범위는 12 ~ 22 MPa인 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 최적 배합비율은, 물과 시멘트비(W/C,%)가 70% 이고, 폐지치환율(P/C,%)은 5 ~ 15%인 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 폐지를 혼입한 콘크리트 벽돌의 흡수율은, 8 ~ 10% 범위이고, 폐지 치환율(P/C,%)이 증가할수록 콘크리트 벽돌 안에 수화 반응에 참여하지 않는 폐지가 높은 흡수력이 발휘되는 것을 특징으로 하는 폐지를 이용한 콘크리트 벽돌 제조 방법.
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